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輕松讀懂移動(dòng)處理器 CPU微架構(gòu)全解析

為了充分利用由于分支以及長時(shí)延指令導(dǎo)致的流水線“氣泡（停擺）”而浪費(fèi)的資源，人們引入了亂序執(zhí)行（OoOE）技術(shù)。當(dāng)出現(xiàn)需要等待某條指令的時(shí)候，程序中的指令會(huì)被“重排序（Re-Ordered）”，使得其他指令可以被執(zhí)行。

對于像 x86 這樣的 ISA 來說，32 位模式下的寄存器只有 8 個(gè)（ARMv7 是 16 個(gè)），如果程序里的變量較多，就會(huì)導(dǎo)致多個(gè)變量使用同一個(gè)寄存器的情況發(fā)生，這里有可能出現(xiàn)先讀后寫的偽相關(guān)現(xiàn)象。

微架構(gòu)里解決寄存器先讀后寫（WAR）偽相關(guān)的辦法就是寄存器重命名。在微架構(gòu)的寄存器堆里塞進(jìn)比 ISA 寄存器更多的物理寄存器，透過索引式寄存器堆或者保留站方式，將 ISA 寄存器映射到物理寄存器，從而實(shí)現(xiàn)亂序執(zhí)行。

ARM Cortex-A8、Intel Pentium、Intel Atom（Bonnell 內(nèi)核）、IBM Cell PPU 都屬于順序執(zhí)行，它們選擇順序執(zhí)行的原因主要是為了省電，因?yàn)?OoOE 需要大量的晶體管來實(shí)現(xiàn)。隨著制程的改進(jìn)，OoOE 的開銷會(huì)逐漸淡化變得在某些場合里可行，因此像 ARM 從 Cortex-A9、Intel 從 Pentium Pro/Atom（Silvermont 內(nèi)核）都開始采用 OoOE。